Fontes de aerossol carbonoso para PM10 em locais de fundo e de tráfego na cidade de Coimbra

Abstract

presente trabalho caracteriza a fração carbonosa e seu contributo para a massa de partículas, PM10, amostrada em dois locais distintos da cidade de Coimbra, durante o período de 1 de dezembro de 2018 a 19 de abril de 2019, num total de 280 amostras. Os locais de amostragem, um característico da atmosfera urbana de fundo e o outro sob influência de tráfego intenso, foram usados para explorar, o contributo relativo das fontes potenciais de material particulado para os níveis de concentração de PM10 e constituintes observados. Foram efetuadas amostragens de 24 horas em cada local com amostradores de alto e baixo caudal. A concentração mássica foi determinada com base na norma europeia EN 12341 e a fração carbonosa por aplicação de um método termo-ótico, que permite a distinção entre o carbono orgânico e o carbono elementar. Durante o período de amostragem a concentração média e respetivo desvio padrão de PM10 no local de fundo urbano (UF) e no de influência de tráfego (UT) foram 27.0  10.8 e 33.5  12.9 g/m3, respetivamente, com uma razão média entre os dois locais de 0.81. Neste período foram observados 6 dias com excedências em relação ao Valor Limite (50 g/m3) em ambos os locais. Nos meses de dezembro e fevereiro registaram-se ocorrências de transporte a longa distância de poeiras do deserto, com incidência nas concentrações de PM10 observadas à superfície na cidade de Coimbra. A fração carbonosa representa em média, no local de fundo e de tráfego, 0,21±0,11 e 0,225±0.076 da massa de PM10, respetivamente. A razão UF/UT para o OC e EC, é respetivamente, 0,78 e 0,53. Por sua vez, a razão OC/EC é mais elevada no local UF (3,12±1,39) do que no local de UT (1,80±0,834). A combinação do enriquecimento em carbono e os baixos rácios observados no local UT denotam o importante contributo da fonte tráfego para os níveis de PM10 observados. O aumento significativo do rácio OC/EC no local UF evidencia também que a combustão de biomassa tem impacto nas concentrações de PM10 observadas, principalmente nos dias mais frios. A aplicação da análise de clusters de trajetórias retrogradas das massas de ar que atingiram Coimbra durante o período de amostragem através da ferramenta Hysplit, identificou 4 clusters: massas de ar marítimas e da Península do Labrador (1), marítimas oeste (2), massas de ar da Península Ibérica e continente africano, com forte circulação local (3) e por fim, o cluster de massas de ar europeias (4). As concentrações de PM10 associadas aos clusters 1 e 2 apresentaram, em média, concentrações mais baixas do que as observadas nos clusters 3 e 4. Estas últimas denotam o enriquecimento em PM quer de emissões antrópicas durante o transporte, quer de emissões de poeira naturais do continente africano.

This study characterizes the carbonaceous fraction and its contribution to the particulate matter, PM10, sampled in Coimbra city, from december 1, 2018 to april 19, 2019, for a total of 280 samples. There were two sampling sites, one characterized by an urban background atmosphere and the other by intense traffic influence, both used to explore, the relative contribution of potential sources of particulate matter to PM10 concentration levels and constituents observed. Samples of 24 hours were collected at each site with high and low samplers. The mass concentration was determined according to the European standard EN 12341 and the carbonaceous fraction by a thermo-optical method, which allows the distinction between organic and elemental carbon. During the sampling period, the mean concentration and standard deviation of PM10 at the urban background (UF) and traffic influenced site (UT) were 27,0  10,8 and 33,5  12,9 g/m3, respectively, with a mean ratio between both sites of 0,81. In this period, 6 exceedances to the limit value (50 μg/m3) were registered for the two sites. In December and February, long range transport from Saharan dust was observed, affecting the PM10 concentrations in Coimbra. The carbonaceous fraction represents on average, in the background and traffic site, 0,21±0,11 and 0,25±0,076 of the PM10 mass, respectively. The UF/UT ratios for OC and EC were 0.78 and 0.53, respectively. On the other hand, the OC/EC ratio is higher at the UF site (3.12±1.39) than at the UT site (1.80±0.834). The high carbonaceous mass fraction and the low ratios observed at the UT site show the significant contribution from the traffic to the PM10 levels. The significant increase in the OC/EC ratio at the UF site also indicates that biomass combustion had an impact on PM10, especially on colder days. The application of cluster analysis to the backward trajectories of air masses that reached Coimbra during the sampling period through the Hysplit tool identified four clusters: air masses from sea and the Labrador Peninsula (1), west sea air masses (2), air masses from Iberian Peninsula and the African continent, with strong local circulation (3) and, finally, the cluster of European air masses (4). The concentrations of PM10 associated with clusters 1 and 2 showed on average lower concentrations than those observed in clusters 3 and 4. These latter indicate a PM10 enrichment on either anthropogenic emissions during transport or on natural African dust emissions.